Ist die 3D-Metallextrusion die nächste Welle bei Additiven?

Die additive 3D-Metall-Extrusionsfertigung beginnt sich am Markt zu etablieren. Mit einem attraktiveren Preis als andere 3D-Technologien hat es das Potenzial, die Dinge aufzurütteln. Wir stellen mehrere große Akteure der Branche vor – und ihren Anspruch auf Berühmtheit.

Bei all den Neuigkeiten über den 3D-Metalldruck in letzter Zeit stehen die Chancen gut, dass Sie zumindest interessiert sind, wenn Sie die verfügbaren Optionen nicht aktiv untersuchen. Hersteller verwenden Technologien wie direktes Metall-Lasersintern und Elektronenstrahlschmelzen, um alles zu drucken, von Treibstoffdüsen für Strahltriebwerke bis hin zu medizinischen Prothesen. Warum sollte Ihr Geschäft also nicht die Technologie für Prototypen, Werkzeuge und Kleinserienteile nutzen wollen?

Zum einen können Drucker, die zur Herstellung dieser Teile verwendet werden, und Tausende ähnlicher Metallkomponenten kostspielig sein. Sie können mit 500.000 US-Dollar und mehr für eine laserbasierte Pulverbettmaschine rechnen, plus Software, Schulung und Zusatzausrüstung, um sie zu unterstützen. Das Metallpulver, das benötigt wird, um etwas zu bauen, ist oft urheberrechtlich geschützt, ebenso wie die Laser, mit denen es zu nützlichen Produkten gesintert wird.

Die neuen 3D-Metallextrusions-Kids on the Block

Verzweifeln Sie nicht. Eine neue Generation von 3D-Metalldruckern ist kürzlich auf den Markt gekommen. Diese Maschinen sind viel kostengünstiger, relativ einfach zu bedienen und produzieren vollständig dichte Metallteile, die für Endanwendungen geeignet sind. Es gibt mehrere unterschiedliche Technologien, wobei ungefähr ein Dutzend Gerätehersteller ihre eigenen einzigartigen Alternativen zu herkömmlichen Pulverbettsystemen anbieten. Hier sind ein paar Beispiele.

Ist die additive 3D-Fertigung trotz ihres Hypes rentabel? Lesen Sie „The Case for 3D Printing in Manufacturing“, um mehr zu erfahren.

3D-Metall-Extrusionsprofile:Markforged, Desktop Metal, Digital Metal

Der Metal X-Drucker von Markforged verwendet eine proprietäre atomare Diffusionsadditivherstellung oder „ADAM“-Technologie, um Teile aus 17-4 PH- oder 303-Edelstahl mit Aluminium, Inconel, Titan und anderen, die geplant sind, zu drucken.

Bei der Technologie werden stabförmige Zylinder aus Metallpulver, das zuvor mit einem Kunststoffbindemittel gemischt wurde, durch eine Düse extrudiert, um Teilschichten mit einer Dicke von 50 μm (0,002 Zoll) zu erzeugen. Wenn es fertig ist, wird das „grüne“ Teil durch eine Waschstation geschickt, um einen Teil des Bindermaterials zu entfernen, und dann in einen Ofen gelegt, der das restliche Binder wegbrennt und die Metallpartikel miteinander verschmilzt. Bei einem Preis von rund 100.000 US-Dollar für ein komplettes System sind die Herstellungskosten Berichten zufolge bis zu 10-mal niedriger als bei alternativen Metallzusatztechnologien und bis zu 100-mal niedriger als bei der maschinellen Bearbeitung.

3D-Metall-Extrusionsprofil:Desktop-Metall, digitales Metall

Desktop Metal bietet zwei 3D-Metalldrucker an, das Studio System und das Production System. Das Studio System ist ein „bürofreundlicher“ Drucker, der ein Extrusionsverfahren verwendet, das dem von Markforged nicht unähnlich ist. Sein patentierter Auftragungsprozess für gebundenes Metall druckt 17-4 PH, 316L, Inconel und andere Pulver, die denen ähneln, die beim jahrzehntealten Metallspritzguss verwendet werden, aber in einer Polymermischung gebunden sind. Schichtdicken von 50 μm (0,002 Zoll) und Aufbaugeschwindigkeiten von 16 cm³/h. (1 in³/Std.) sind möglich. Auch hier werden die Teile in einer Entbinderungsstation gewaschen, bevor sie in einem Ofen bei Temperaturen von bis zu 1400 Grad C (oder 2552 F) gesintert werden. Desktop Metal erhebt außerdem den Anspruch, zehnmal günstiger zu sein als laserbasierte 3D-Metalldrucker.

Mit Baugeschwindigkeiten bis zu 8200 cm ³ /Std. (500 Zoll³/Std.) soll das Produktionssystem von Desktop Metal 100-mal schneller sein als laserbasierte Metalldrucker und eindeutig für die Massenproduktion ausgelegt. Mit 32.000 Düsen und einem bidirektionalen Pulververteiler bringt die Single-Pass-Jetting-Technologie Millionen von Tröpfchen Bindeflüssigkeit pro Sekunde auf jede Pulverschicht auf. Es enthält auch Antisintermittel, um Stützstrukturen später leichter entfernen zu können. Die „braunen“ Teile werden dann in einem Ofen bei knapp unterhalb der Schmelztemperatur des Metalls geschmolzen, um ein vollständig dichtes Produkt herzustellen.

Obwohl es bis 2019 nicht im Handel erhältlich ist, nähern sich die Kosten des Produktionssystems von rund 400.000 US-Dollar denen laserbasierter Pulverbettdrucker, sollen aber Kosten pro Teil bieten, die mit denen von Metallgussteilen vergleichbar sind – mindestens bis zu 100.000 Stück. P>

Möchten Sie tiefer in 3D-Additive einsteigen? Sehen Sie sich „Die einzigartigen Herausforderungen und Lösungen beim Metall-3D-Druck“ an.

3D-Metall-Extrusionsprofil:Digitales Metall

Der DM P2500 von Digital Metal ist ein weiterer 3D-Metalldrucker, der die Binder-Jetting-Technologie verwendet. Als Teil der schwedischen Höganäs-Gruppe, einem führenden Anbieter von Metallpulvern, hat Digital Metal nach eigenen Angaben mehr als 200.000 hochwertige 3D-gedruckte Komponenten für die Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Medizin- und andere Industrien hergestellt. Schichtdicken bis 42 µm (0,0016 Zoll) sind möglich, ebenso wie Strukturauflösungen bis 35 µm (0,0014 Zoll). Die Baugeschwindigkeit liegt mit 100 cm ³ nahe bei der des Studio-Systems von Desktop Metal /Std. (6 Zoll³/Std.), obwohl der DM P2500 angeblich extrem feine Details und Oberflächengüten von „medizinischer Qualität“ erzielt.

Es gibt viele andere Systeme und Technologien. Der AM-Maschinenbauer ExOne bietet beispielsweise eine Vielzahl von Binder-Jetting-Maschinen und Materialien von Bronze bis Wolfram an. Vader Systems verwendet ein elektromagnetisches Feld, um Teile aus verflüssigten Metallen herzustellen. Die additive Pelletherstellung von Pollen AM verwendet MIM-Rohstoffe, die bis zu fünfmal günstiger sind als bestehende pulverbasierte Systeme.

Obwohl laserbasierte 3D-Metalldrucker ihren Platz haben, bieten diese Alternativen eine Reihe von Vorteilen:Da es keine thermische Belastung wie bei laserbasierten Systemen gibt, können die Stützstrukturen, die zum Halten der Teile während des Bauprozesses erforderlich sind, vereinfacht werden oder sogar eliminiert. Dadurch kann der gesamte Bauraum gefüllt werden, was bedeutet, dass Hunderte oder sogar Tausende von Kleinteilen in einem einzigen, unbeaufsichtigten Arbeitsgang verarbeitet werden können.

Die verwendeten Stützstrukturen sind typischerweise leichter zu entfernen, was die Notwendigkeit einer sekundären maschinellen Bearbeitung oder manueller Endbearbeitung beseitigen kann. Da die Metalle die gleichen sind wie die, die bei MIM verwendet werden, sind Zulassungen für die Luft- und Raumfahrt und die medizinische Aufsicht viel einfacher zu erreichen. Es sind weder Argon- oder Stickstoffgase wie bei laserbasierten Systemen erforderlich, noch gibt es Bedenken, dass ein Laserstrahl in einer mit Aluminium- oder Titanstaub gefüllten Atmosphäre eine Explosion auslösen könnte.

Haben Sie sich überhaupt an die additive Fertigung und den 3D-Druck gewagt? Wie sind Ihre Erfahrungen?